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基于压电双向耦合效应，建立压电晶片驱动/传感与金属梁耦合系统的谱有限元损伤数值模型。数值模拟研究了压电晶片/梁耦合系统的频率响应函数、瞬态导波产生/传播及机电阻抗特性，分析梁结构中导波与损伤的相互作用，利用瞬态超声导波的传播特征确定损伤的位置;而在稳态条件下提取机电阻抗信号，根据共振峰的频率偏移量值进行损伤评估。数值模拟研究为设计优化实验方案及实际的损伤检测提供理论依据。 模型假设金属基梁采用Timoshenko梁理论，而压电晶片采用Euler-Bernoulli梁理论及一维压电双向耦合理论，基于哈密顿原理得到压电晶片/梁耦合单元的时域动力学控制方程和边界条件。进而对方程进行傅里叶变换，建立压电晶片/梁耦合单元的谱有限元数值模型。谱有限元方法采用波的精确解构造形函数，与有限元法（形函数为多项式插值函数）相比既提高了计算的速度又保证了计算的精度。 瞬态超声导波与损伤的相互作用研究。采用两种方法分析:一是将损伤部分单独分为一个单元，然后采用有限元单元组装方法构建系统的刚度矩阵并求解;另一种是基于扰动思想，将损伤等效为次级声源，并通过谱有限元法得到该次级声源的等效力。针对两种方法进行数值模拟研究，相互验证。基于谱有限元数值模型，研究压电晶片驱动/传感/梁耦合系统的频率响应、瞬态导波传播，分析结构损伤与导波的相互作用及波的模态转换。 在稳态条件下提取机电阻抗信号，根据共振峰的频率偏移量进行损伤评估。首先对无损伤的压电晶片/梁耦合系统，将谱有限元法的导纳与有限元结果比较，在低频率范围几乎重合，而在高频时存在一定的偏差。同时数值结果表明损伤的存在降低了基梁的局部刚度，导致共振频率左移，其偏移量能够用来评估基梁的损伤程度。并通过改变参数分析研究了不同大小的损伤对导纳信号的影响。 本文建立的谱有限元力电耦合模型及损伤等效声源模型为深入研究多层结构梁的压电超声导波提供了高效的计算方法，也为设计优化实验检测装置及实际的损伤检测提供了分析依据。